專利名稱：具有扭桿的微型可動元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有扭桿的微型可動元件。特別是本發(fā)明是組入到進(jìn)行多個(gè)光纖間的光路的切換的光轉(zhuǎn)換裝置及向光盤進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄、再生處理的光盤裝置等的元件，涉及為了通過光反射改變光的行進(jìn)路線方向而使用的微型反射鏡元件。
背景技術(shù)：
近年來，光通信技術(shù)被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。在光通信中，為了以光纖作為介質(zhì)傳送光信號，為了切換光信號的傳送路徑或由某個(gè)光纖向另一光纖切換，一般使用所謂的光轉(zhuǎn)換裝置。在達(dá)到良好的光通信的基礎(chǔ)上，作為光轉(zhuǎn)換裝置所要求的特性，可以列舉出切換動作中的大容量性、高速性和高可靠性等。根據(jù)這些觀點(diǎn)，作為光轉(zhuǎn)換裝置，對組入由微機(jī)械加工技術(shù)制作的微型反射鏡元件的部件期待很高。這是由于若用微型反射鏡元件，則可以在光轉(zhuǎn)換裝置的輸入側(cè)的光傳送路線和輸出側(cè)的光傳送路線之間不把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，而以光信號原樣進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，在得到上述特性的基礎(chǔ)上是適合的。
微型反射鏡元件具有用于反射光的反射鏡面，通過該反射鏡面的擺動可以改變光的反射方向。為了擺動反射鏡面而利用靜電力的靜電驅(qū)動型的微型反射鏡元件在多數(shù)光學(xué)裝置中被采用。靜電驅(qū)動型微型反射鏡元件在大的方面可以分為兩類，即通過所謂表面微機(jī)械加工技術(shù)制造的微型反射鏡元件和通過所謂的主體微機(jī)械加工技術(shù)制造的微型反射鏡元件。
在表面微機(jī)械加工技術(shù)中，通過在基板上把與各結(jié)構(gòu)部位對應(yīng)的材料薄膜加工成希望的圖形，把這樣的圖形順次疊層，從而形成支承體、反射鏡面及電極部等構(gòu)成元件的各個(gè)部位和以后被除去的犧牲層。用這樣的表面微機(jī)械加工技術(shù)制造的靜電驅(qū)動型微型反射鏡元件例如被日本專利申請?zhí)亻_平7-287177號公報(bào)公開。
另一方面，在主體微機(jī)械加工技術(shù)中，通過蝕刻材料基板自身，使支承體和反射鏡部等成形為所希望的形狀，根據(jù)需要薄膜形成反射鏡面和電極。用這樣的主體微機(jī)械加工技術(shù)制造的靜電驅(qū)動型微型反射鏡元件例如被日本專利申請?zhí)亻_平9-146032號公報(bào)、特開平9-146034號公報(bào)、特開平10-62709號公報(bào)、特開2001-13443號公報(bào)公開。
作為微型反射鏡元件所要求的一個(gè)技術(shù)事項(xiàng)，可以列舉出承擔(dān)光反射的反射鏡面的平面度應(yīng)該高。若用表面微機(jī)械加工技術(shù)，則由于最終形成的反射鏡面薄，反射鏡面容易彎曲，保證高平面度的限于在反射鏡面的尺寸中一邊的長度為數(shù)十μm。
相對于此，若用主體微機(jī)械加工技術(shù)，則將相對厚的材料基板自身通過蝕刻技術(shù)削薄而構(gòu)成反射鏡部，由于在該反射鏡部上設(shè)置反射鏡面，即使是面積更大的反射鏡面，也能確保其剛性。結(jié)果可以形成具有足夠高的光學(xué)平面度的反射鏡面。因而，特別是在需要一邊的長度為100μm或其以上的反射鏡面的微型反射鏡元件的制造中，廣泛使用主體微機(jī)械加工技術(shù)。


圖18和圖19表示用主體微機(jī)械加工技術(shù)制造的現(xiàn)有的靜電驅(qū)動型微型反射鏡元件400。圖18是微型反射鏡元件400的分解立體圖，圖19是在安裝狀態(tài)的微型反射鏡元件400的沿圖18的線XIX-XIX的截面圖。微型反射鏡元件400具有反射鏡基板410和底座基板420疊層的結(jié)構(gòu)。反射鏡基板410由反射鏡部411、框架412和連接它們的一對扭桿413構(gòu)成。相對于具有導(dǎo)電性的硅基板等的規(guī)定的材料基板，通過從其單面?zhèn)葘?shí)施蝕刻，可以成形反射鏡部411、框架412和一對扭桿413的外輪廓形狀。在反射鏡部411的表面上設(shè)有反射鏡面414。在反射鏡部411的背面設(shè)有一對電極415a、415b。在底座基板420上設(shè)有與反射鏡部411的電極415a相對向的電極421a及與電極415b相對向的電極421b。
在微型反射鏡元件400中，若賦予反射鏡基板410的框架412電位，就會通過由與框架412相同的導(dǎo)體材料一體成形的一對扭桿413和反射鏡部411把電位傳遞給電極415a和電極415b。因而，通過賦予框架412規(guī)定的電位，可以使電極415a、415b例如帶正電。在該狀態(tài)下，若使底座基板420的電極421a帶負(fù)電，就會在電極415a和電極421a之間產(chǎn)生靜電引力，反射鏡部411扭轉(zhuǎn)一對扭桿413而向著箭頭M1的方向擺動。反射鏡部411擺動到電極間的靜電引力和各扭桿413的扭轉(zhuǎn)阻抗力的總和平衡的角度而靜止。
代替這種情況，在使反射鏡部411的電極415a、415b帶正電的狀態(tài)下，若使電極421b帶負(fù)電，就會在電極415b和電極421b之間產(chǎn)生靜電引力，反射鏡部411向著與箭頭M1相反的方向擺動、靜止。通過這樣的反射鏡部411的擺動驅(qū)動，可以切換由反射鏡面414反射的光的反射方向。
可是在微型反射鏡元件400中，在反射鏡部411、即可動部的驅(qū)動時(shí)，相對于該可動部只能賦予規(guī)定的一個(gè)電位。具體而言，當(dāng)將電位賦予給反射鏡基板410的框架412時(shí)，該電位通過一對扭桿413傳遞給反射鏡部411，反射鏡部411和設(shè)在其上的電極415a、415b全成為同電位。在微型反射鏡元件400中，例如，不能賦予相對于驅(qū)動可動部用的電極415a、415b不同的電位。因此，微型反射鏡元件400對可動部的驅(qū)動方式的自由度低。由于針對可動部的驅(qū)動方式的自由度低，在微型反射鏡元件400中，在可動部中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動作有困難。這樣的現(xiàn)有的微型反射鏡元件400例如有時(shí)組入光通信裝置的光轉(zhuǎn)換元件所要求的性能不足。
發(fā)明的公開本發(fā)明是考慮了這樣的情況后提出的，其目的在于提供一種在可動部中可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動作的微型可動元件。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供一種微型可動元件。該微型可動元件具有在材料基板上一體成形的可動部、框架、和連接它們的連接部，所述材料基板具有由含有中心導(dǎo)體層的多個(gè)導(dǎo)體層和夾在導(dǎo)體層間的絕緣層構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)?？蓜硬堪瑏碓从谥行膶?dǎo)體層的第一結(jié)構(gòu)體?？蚣馨瑏碓从谥行膶?dǎo)體層的第二結(jié)構(gòu)體。連接部包含多個(gè)扭桿，該多個(gè)扭桿來源于所述中心導(dǎo)體層，相對于所述第一結(jié)構(gòu)體和所述第二結(jié)構(gòu)體而連續(xù)連接，且相互電分離。本發(fā)明中，在各個(gè)可動部和框架中，來源于單一的導(dǎo)體層而成形的結(jié)構(gòu)的至少一部分即使在機(jī)械地分隔成多個(gè)區(qū)域時(shí)，也構(gòu)成單一的結(jié)構(gòu)體。因而，在可動部中，來源于中心導(dǎo)體層而成形的第一結(jié)構(gòu)體即使在機(jī)械地分隔成多個(gè)區(qū)域時(shí)也構(gòu)成單一結(jié)構(gòu)體。同樣，在框架中第二結(jié)構(gòu)體構(gòu)成單一的結(jié)構(gòu)體。
這種結(jié)構(gòu)的微型可動元件可以在可動部中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動作。本發(fā)明第一方面的微型可動元件是使用MEMS(微機(jī)電系統(tǒng)Micro-Electro-MechanicalSystems)技術(shù)等的主體微機(jī)械加工技術(shù)，在具有規(guī)定的疊層結(jié)構(gòu)的材料基板上成形的元件，可動部的第一結(jié)構(gòu)體、框架的第二結(jié)構(gòu)體以及與這些連續(xù)連接的連接部的多個(gè)扭桿來源于構(gòu)成材料基板的單一導(dǎo)體層、即中心導(dǎo)體層。與此同時(shí)，包含在單一的連接部中的多個(gè)扭桿相互被電分離。即多個(gè)扭桿被相互隔離，且在它們連接的第一結(jié)構(gòu)體和第二結(jié)構(gòu)體中形成使該多個(gè)扭桿間不短路的導(dǎo)電路徑。因而，在第一方面的微型可動元件中能夠從框架到可動部，通過單一的連接部傳遞多個(gè)電位。
例如，從多個(gè)扭桿中選擇出的第一扭桿與可動部中的第一結(jié)構(gòu)體的第一部分以及框架中的第二結(jié)構(gòu)體的第一部分連接，且從多個(gè)扭桿中選擇出的第二扭桿與可動部中的第一結(jié)構(gòu)體的與第一部分電分離的第二部分以及框架中的第二結(jié)構(gòu)體的與第一部分電分離的第二部分連接時(shí)，能夠從框架到可動部，通過單一的連接部傳遞多個(gè)電位。
具體而言，若對第二結(jié)構(gòu)體的第一部分賦予規(guī)定的電位，則該電位通過第一扭桿傳遞到第一結(jié)構(gòu)體的第一部分，不能傳遞給第二扭桿和與其連接的第一結(jié)構(gòu)體的第二部分。另一方面，若對第二結(jié)構(gòu)體的第二部分賦予規(guī)定的電位，則該電位通過第二扭桿傳遞到第一結(jié)構(gòu)體的第二部分，不能傳遞給第一扭桿和與其連接的第一結(jié)構(gòu)體的第一部分。
這樣，在本發(fā)明的第一方面的微型可動元件中，可以傳遞多個(gè)電位，能對可動部的多個(gè)部分賦予多個(gè)電位。因而，第一方面的微型可動元件對于在由連接部規(guī)定的軸心周圍的可動部的轉(zhuǎn)動驅(qū)動的方式具有高的自由度，在可動部中也能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的動作。這樣的微型可動元件可給予安裝有它的裝置高性能化。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，連接部包含在寬度方向上分隔開的兩根扭桿，該兩根扭桿的間隔越靠近可動部越大。更加優(yōu)選框架的間隔設(shè)定為Wf，可動部的間隔設(shè)定為Wm，連接部的配設(shè)部位的可動部和框架的分隔距離設(shè)定為L時(shí)，滿足0＜Wf＜L以及Wf＜Wm＜Wf+4L。使用這樣的結(jié)構(gòu)，可以適當(dāng)?shù)匾种圃谙鄬τ谟蛇B接部規(guī)定的轉(zhuǎn)動軸心而平行的假想平面內(nèi)的可動部的轉(zhuǎn)動等的可動部不適宜的動作。
在微型反射鏡元件等微型可動元件中，需要把連接部或者扭桿的扭轉(zhuǎn)阻抗設(shè)定得盡可能低的情況很多。為了相對連接部或者扭桿設(shè)定低的扭轉(zhuǎn)阻抗，現(xiàn)有技術(shù)中，可以使減小扭桿的寬度和厚度。例如圖18和圖19所示的微型反射鏡元件400中，為了減低扭桿413的扭轉(zhuǎn)阻抗，使扭桿413的寬度d1和厚度d2變小。但是，只使扭桿413的寬度d1和厚度d2變小，反射鏡部411容易圍繞反射鏡面414的法線N4轉(zhuǎn)動。這樣，驅(qū)動時(shí)在反射鏡部411中，有時(shí)在圍繞由一對扭桿413規(guī)定的轉(zhuǎn)動軸心A5進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動的同時(shí)，存在并發(fā)圍繞法線N4周圍轉(zhuǎn)動的傾向，會防礙微型反射鏡元件400的高精度的控制。
對此，在上述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，由于構(gòu)成連接部的兩根扭桿的間隔越靠近可動部越大，即使在為了減低該連接部的扭轉(zhuǎn)阻抗而減小各扭桿的厚度和寬度時(shí)，也可以適當(dāng)?shù)匾种圃谙鄬τ谟蛇B接部規(guī)定的轉(zhuǎn)動軸心而平行的假想平面內(nèi)的可動部的轉(zhuǎn)動等可動部不適宜的動作。
在本發(fā)明的第一方面中，可動部也可以具有可動中心部；通過連接部而與框架連接的中繼框架；連接該可動中心部和中繼框架的中繼連接部。此時(shí)優(yōu)選可動中心部包含來源于中心導(dǎo)體層的第三結(jié)構(gòu)體，中繼框架包含第一結(jié)構(gòu)體，中繼連接部包含多個(gè)扭桿，該多個(gè)扭桿來源于中心導(dǎo)體層，相對于第三結(jié)構(gòu)體和第一結(jié)構(gòu)體而連續(xù)連接，且相互電分離。另外，優(yōu)選中繼連接部包含在寬度方向上分隔開的兩根中繼扭桿，該兩根中繼扭桿的間隔越靠近可動中心部越大。本發(fā)明的微型可動元件也可以作為這樣的所謂兩軸型而構(gòu)成。
在本發(fā)明的第一方面的微型可動元件的優(yōu)選實(shí)施方式中，可動部具有第一梳齒電極部，框架具有通過使與第一梳齒電極部之間產(chǎn)生靜電力而使可動部位移用的第二梳齒電極部。在作為兩軸型而構(gòu)成時(shí)，可動中心部具有第一梳齒電極部，中繼框架具有通過使與該第一梳齒電極部之間產(chǎn)生靜電力而使可動中心部位移用的另外的第二梳齒電極部。用梳齒電極的可動部的驅(qū)動對于高精度地控制可動部是適合的。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，微型可動元件還具有面對可動部的底座部，在該底座部上設(shè)置有面對反射鏡部的平板電極。這時(shí)，在可動部上也可以設(shè)置面對底座部的平板電極的平板電極。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，微型可動元件還具有面對可動部的底座部，在可動部上設(shè)置有第一電磁線圈，在底座部上設(shè)置有通過使與第一電磁線圈之間產(chǎn)生電磁力而使可動部位移用的第二電磁線圈或磁鐵。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，微型可動元件還具有面對可動部的底座部，在可動部上設(shè)置有磁鐵，在底座部上設(shè)置有通過使與磁鐵之間產(chǎn)生電磁力而使可動部位移用的電磁線圈。
優(yōu)選可動部還包含第三結(jié)構(gòu)體，該第三結(jié)構(gòu)體來源于在材料基板上通過絕緣層而與中心導(dǎo)體層接合的導(dǎo)體層，該第三結(jié)構(gòu)體的至少一部分和第一結(jié)構(gòu)體的一部分通過貫通夾在它們之間的絕緣層的導(dǎo)體插塞而電連接。這樣的結(jié)構(gòu)對于在可動部內(nèi)適當(dāng)?shù)匦纬蓪?dǎo)電路徑是適合的。
優(yōu)選框架還包含第三結(jié)構(gòu)體，該第三結(jié)構(gòu)體來源于在材料基板上通過絕緣層而與中心導(dǎo)體層接合的導(dǎo)體層，該第三結(jié)構(gòu)體的至少一部分和第二結(jié)構(gòu)體的一部分通過貫通夾在它們之間的絕緣層的導(dǎo)體插塞而電連接。這樣的結(jié)構(gòu)對于在框架內(nèi)適當(dāng)?shù)匦纬蓪?dǎo)電路徑是適合的。
優(yōu)選微型可動元件在可動部上設(shè)置有反射鏡部，作為微型反射鏡元件而構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面可以提供另一種微型可動元件。該微型可動元件具有在材料基板上一體成形的可動部、框架和連接它們的連接部，所述材料基板具有由第一導(dǎo)體層、第二導(dǎo)體層、第三導(dǎo)體層、第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層之間的第一絕緣層以及第二導(dǎo)體層和第三導(dǎo)體層之間的第二絕緣層構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)?？蓜硬堪瑏碓从诘诙?dǎo)體層的第一結(jié)構(gòu)體?？蚣馨瑏碓从诘诙?dǎo)體層的第二結(jié)構(gòu)體。連接部包含多個(gè)扭桿，該多個(gè)扭桿來源于第二導(dǎo)體層，相對于第一結(jié)構(gòu)體和第二結(jié)構(gòu)體而連續(xù)連接，且相互電分離。
這樣的微型可動元件包含本發(fā)明第一方面的微型可動元件的結(jié)構(gòu)。因而，若根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在由具有由第一導(dǎo)體層、第二導(dǎo)體層、第三導(dǎo)體層、第一絕緣層及第二絕緣層構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)的材料基板一體成形的微型可動元件中，可以得到與上述的有關(guān)第一方面的同樣的效果。
在本發(fā)明的第二方面中，優(yōu)選可動部還包含來源于第一導(dǎo)體層的第三結(jié)構(gòu)體，該第三結(jié)構(gòu)體的至少一部分和第一結(jié)構(gòu)體的一部分通過貫通夾在它們之間的第一絕緣層的導(dǎo)體插塞而電連接。這樣的結(jié)構(gòu)對于在可動部內(nèi)適當(dāng)?shù)匦纬蓪?dǎo)電路徑是適合的。
優(yōu)選可動部具有可動中心部；通過連接部而與框架連接的中繼框架；連接該可動中心部和中繼框架的中繼連接部，可動中心部包含來源于第一導(dǎo)體層的第三結(jié)構(gòu)體和來源于第二導(dǎo)體層的第四結(jié)構(gòu)體，第三結(jié)構(gòu)體的至少一部分和第四結(jié)構(gòu)體的至少一部分通過貫通夾在它們之間的第一絕緣層的第一導(dǎo)體插塞而電連接，中繼框架還包含來源于第一導(dǎo)體層的第五結(jié)構(gòu)體；來源于第二導(dǎo)體層的第一結(jié)構(gòu)體；以及來源于第三導(dǎo)體層的第六結(jié)構(gòu)體，第五結(jié)構(gòu)體的至少一部分和第一結(jié)構(gòu)體的一部分通過貫通夾在它們之間的第一絕緣層的第二導(dǎo)體插塞而電連接，第一結(jié)構(gòu)體的另外的一部分和第六結(jié)構(gòu)體的至少一部分通過貫通夾在它們之間的第二絕緣層的第三導(dǎo)體插塞而電連接，中繼連接部包含多個(gè)扭桿，該多個(gè)扭桿來源于第二導(dǎo)體層，相對于第四結(jié)構(gòu)體及第一結(jié)構(gòu)體而連續(xù)連接，且相互電分離。這樣的結(jié)構(gòu)對在兩軸型微型可動元件的可動部中適當(dāng)?shù)匦纬蓪?dǎo)電路徑是合適的。
優(yōu)選框架還包含來源于第一導(dǎo)體層的第三結(jié)構(gòu)體以及來源于第三導(dǎo)體層的第四結(jié)構(gòu)體，第三結(jié)構(gòu)體的至少一部分和第二結(jié)構(gòu)體的一部分通過貫通夾在它們之間的第一絕緣層的第一導(dǎo)體插塞而電連接，第二結(jié)構(gòu)體的另外的一部分和第四結(jié)構(gòu)體的至少一部分通過貫通夾在它們之間的第二絕緣層的第二導(dǎo)體插塞而電連接。這樣的結(jié)構(gòu)對在框架內(nèi)適當(dāng)?shù)匦纬蓪?dǎo)電路徑是合適的。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面可以提供另一微型可動元件。該微型可動元件具有在材料基板上一體成形的可動部、框架和連接它們的連接部，該材料基板具有由第一導(dǎo)體層、第二導(dǎo)體層、第三導(dǎo)體層、第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層之間的第一絕緣層以及第二導(dǎo)體層和第三導(dǎo)體層之間的第二絕緣層構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)?？蓜硬堪瑏碓从诘谝粚?dǎo)體層的第一結(jié)構(gòu)體；來源于第二導(dǎo)體層的第二結(jié)構(gòu)體；以及來源于第三導(dǎo)體層的第三結(jié)構(gòu)體。第一結(jié)構(gòu)體的至少一部分和第二結(jié)構(gòu)體的第一部分通過貫通夾在它們之間的第一絕緣層的第一導(dǎo)體插塞而電連接。第二結(jié)構(gòu)體的第二部分和第三結(jié)構(gòu)體的至少一部分通過貫通夾在它們之間的第二絕緣層的第二導(dǎo)體插塞而電連接?？蚣馨瑏碓从诘谝粚?dǎo)體層的第四結(jié)構(gòu)體；來源于第二導(dǎo)體層的第五結(jié)構(gòu)體；以及來源于第三導(dǎo)體層的第六結(jié)構(gòu)體，第四結(jié)構(gòu)體的至少一部分和第五結(jié)構(gòu)體的第一部分通過貫通夾在它們之間的第一絕緣層的第三導(dǎo)體插塞而電連接。第五結(jié)構(gòu)體的第二部分和第六結(jié)構(gòu)體的至少一部分通過貫通夾在它們之間的第二絕緣層的第四導(dǎo)體插塞而電連接。連接部包含第一扭桿，該第一扭桿來源于第二導(dǎo)體層，相對于第二結(jié)構(gòu)體的第一部分以及第五結(jié)構(gòu)體的第一部分而連續(xù)連接。連接部還包含第二扭桿，該第二扭桿來源于第二導(dǎo)體層，相對于第二結(jié)構(gòu)體的第二部分以及第五結(jié)構(gòu)體的第二部分而連續(xù)連接。
這樣的微型可動元件包含本發(fā)明第一方面的微型可動元件的結(jié)構(gòu)。因而，若根據(jù)本發(fā)明的第三方面，可以得到與上述的有關(guān)第一方面的同樣的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，具體而言，若對框架的第四結(jié)構(gòu)體的至少一部分賦予規(guī)定的電位，就可以通過第三導(dǎo)體插塞、第五結(jié)構(gòu)體的第一部分、第一扭桿、可動部的第二結(jié)構(gòu)體的第一部分以及第一導(dǎo)體插塞，對可動部上的第一結(jié)構(gòu)體的至少一部分賦予該規(guī)定的電位。同樣，若對框架的第六結(jié)構(gòu)體的至少一部分賦予規(guī)定的電位，就可以通過第四導(dǎo)體插塞、第五結(jié)構(gòu)體的第二部分、第二扭桿、可動部的第二結(jié)構(gòu)體的第二部分以及第二導(dǎo)體插塞，對可動部的第三結(jié)構(gòu)體的至少一部分賦予該規(guī)定的電位。
附圖的簡單說明圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的微型反射鏡元件的立體圖。
圖2是圖1所示的微型反射鏡元件的分解立體圖。
圖3是沿圖2的III-III線的截面圖。
圖4是沿圖2的IV-IV線的截面圖。
圖5是圖1所示的微型反射鏡元件的局部放大平面圖。
圖6是本發(fā)明第二實(shí)施方式的微型反射鏡元件的立體圖。
圖7是圖6所示的微型反射鏡元件的分解立體圖。
圖8是沿圖7的VIII-VIII線的截面圖。
圖9是沿圖7的IX-IX線的截面圖。
圖10是本發(fā)明第三實(shí)施方式的微型反射鏡元件的立體圖。
圖11是圖10所示的微型反射鏡元件的分解平面圖。
圖12是圖10所示的微型反射鏡元件的局部截面圖。
圖13是圖10所示的微型反射鏡元件的另一部分截面圖。
圖14是圖10所示的微型反射鏡元件的另一部分截面圖。
圖15是圖10所示的微型反射鏡元件的另一部分截面圖。
圖16是圖10所示的微型反射鏡元件的另一部分截面圖。
圖17a～圖17e表示導(dǎo)體插塞的變化。
圖18是現(xiàn)有的微型反射鏡元件的立體圖。
圖19是沿圖18的XIX-XIX線的截面圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式圖1和圖2表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的微型反射鏡元件X1。微型反射鏡元件X1具有反射鏡基板110和底座基板120疊層的結(jié)構(gòu)。
反射鏡基板110如圖1所示，具有反射鏡部111、包圍該反射鏡部111的框架112、連接該框架112和反射鏡部111的連接部113。反射鏡基板110用MEMS技術(shù)等主體微機(jī)械加工技術(shù)在具有多層結(jié)構(gòu)的材料基板上成形的基板。材料基板具有由通過摻雜P和As等n型雜質(zhì)和B等p型雜質(zhì)而被賦予導(dǎo)電性的第一硅層110a、第二硅層110b和第三硅層110c、以及硅層間的第一絕緣層110d和第二絕緣層110e構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。該疊層結(jié)構(gòu)清楚地示于圖3和圖4中。第一硅層110a和第三硅層110c的厚度例如為100μm，第二硅層110b的厚度例如為5μm。第一絕緣層110d和第二絕緣層110e例如在第一～第三硅層110a～110c的任一表面上，由用熱氧化法成長形成的氧化硅構(gòu)成，具有1μm的厚度。另外，材料基板在反射鏡基板110的形成過程中適當(dāng)?shù)乇欢鄬踊?br> 在反射鏡基板110的形成中，具體而言，對應(yīng)于材料基板的疊層結(jié)構(gòu)的方式，適合使用覆蓋與反射鏡部111對應(yīng)的部位的蝕刻掩膜、覆蓋與框架112對應(yīng)的部位的蝕刻掩膜以及覆蓋與一對連接部113對應(yīng)的部位的蝕刻掩膜，用DeepRIE(深式反應(yīng)離子蝕刻Deep Reactive Ion Etching)法進(jìn)行的Si蝕刻和KOH等濕式Si蝕刻等的方法加工各硅層。在絕緣層上不要的部位被適當(dāng)?shù)奈g刻除去。結(jié)果在反射鏡基板110就會形成反射鏡部111、框架112和一對連接部113。本實(shí)施方式中，反射鏡部111和框架112間的間隔距離例如為10～200μm。
反射鏡部111如圖2所示，具有上層部111a、下層部111b、111c。上層部111a來源于第一硅層110a，下層部111b、111c來源于第二硅層110b。在上層部111a和下層部111b、111c之間夾著第一絕緣層110d。在圖2中，第一絕緣層110d是對來源于反射鏡基板110的第二硅層110b的部位之上賦予網(wǎng)狀線而被描繪。
反射鏡部111的上層部111a上設(shè)有光反射用的反射鏡面114。在下層部111b、111c上分別設(shè)有電極115a、115b。反射鏡面114和電極115a、115b是蒸鍍金屬膜等而形成。但在通過摻雜雜質(zhì)而使第二硅層的導(dǎo)電性足夠高時(shí)，也可以不設(shè)電極115a、115b。
框架112如圖2所示，具有上層部112a、中間層部112b、112c和下層部112d。上層部112a來源于第一硅層110a，中間層部112b、112c來源于第二硅層110b，下層部112d來源于第三硅層110c。上層部112a和中間層部112b、112c之間如圖2到圖4所示，夾著第一絕緣層110d。在中間層部112b、112c和下層部112c之間夾著第二絕緣層110e。在圖2中，第二絕緣層110e是在反射鏡基板110的來源于第三硅層110c的部位上賦予網(wǎng)狀線而被描繪。
在框架112中，上層部112a和中間層部112b如圖3所示，通過貫通第一絕緣層110d的兩個(gè)插塞116而電連接。各插塞116例如由多晶硅構(gòu)成，埋入于上層部112a和中間層部112b之間而形成。另外，中間層部112c和下層部112d如圖4所示，通過貫通第二絕緣層110e的兩個(gè)插塞117而電連接。各插塞117例如由多晶硅構(gòu)成，埋入于中間層部112c和下層部112d之間而形成。
各連接部113連接反射鏡部111和框架112。微型反射鏡元件X1作為用一對連接部113而規(guī)定可動部、即反射鏡部111的轉(zhuǎn)動軸心A1的一軸型構(gòu)成。本實(shí)施方式中各連接部113由相互分隔開的兩根扭桿113a、113b構(gòu)成。
扭桿113a來源于第二硅層110b，如圖2所示，反射鏡部111的下層部111b和框架112的中間層部112b為一體。即扭桿113a連續(xù)地連接下層部111b和中間層部112b。而扭桿113b來源于第二硅層110b，反射鏡部111的下層部111c和框架112的中間層部112c為一體。即扭桿113b連續(xù)地連接下層部111c和中間層部112c。
用兩根扭桿113a、113b規(guī)定連接部113的寬度(圖1中Y方向的尺寸)。兩根扭桿113a、113b的間隔越靠近反射鏡部111越大，越靠近框架112越緩慢地變小。如圖5所示，若設(shè)定框架112的兩根扭桿113a、113b的間隔為Wf，反射鏡部111上它們的間隔為Wm，連接部113上的反射鏡部111和框架112的間隔距離為L，在本實(shí)施例中，設(shè)定扭桿113a、113b，使得0＜Wf＜L和Wf＜Wm＜Wf+4L成立。例如假設(shè)L為100μm，則Wf比0μm大且不足100μm，Wm為100μm或其以上而不足500μm。
底座基板120由沒有導(dǎo)電性、例如硅基板構(gòu)成，如圖2所示，具有相對反射鏡部111的一對電極115a、115b而隔開適當(dāng)?shù)拈g隔相對向的一對電極121a、121b。即本實(shí)施方式的微型反射鏡元件X1作為所謂的平板電極型而構(gòu)成。電極121a、121b在基板120上是圖形形成的配線(電極以外圖示略)的一部分。
微型反射鏡元件X1在組裝狀態(tài)下，反射鏡基板110的框架112的下層部112d和底座基板120接合。
在這樣構(gòu)成的微型反射鏡元件X1中，若對框架112的上層部112a賦予規(guī)定的電位，就可以通過插塞116、中間層部112b、扭桿113a和反射鏡部111的中間層部111b把該電位傳遞給電極115a。另外，若對框架112的下層部112d賦予規(guī)定的電位，就可以通過插塞117、中間層部112c、扭桿113b和反射鏡部111的中間層部111c把該電位傳遞給電極115b。
在賦予反射鏡部111的電極115a規(guī)定的電位的狀態(tài)下，若賦予底座基板120的電極121a規(guī)定的電位，在電極115a和電極121a之間就會產(chǎn)生靜電引力或靜電斥力。另外，在賦予反射鏡部111的電極115b規(guī)定的電位的狀態(tài)下，若賦予底座基板120的電極121b規(guī)定的電位，則在電極115b和電極121b之間就會產(chǎn)生靜電引力或靜電斥力。通過這些靜電力的合力，反射鏡部111邊扭轉(zhuǎn)一對連接部113，邊圍繞轉(zhuǎn)動軸心A1擺動。
在微型反射鏡元件X1中，通過這樣的驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動反射鏡部111、即可動部，可以使反射鏡面114朝向所希望的方向。因而，根據(jù)微型反射鏡元件X1能夠朝向反射鏡面114前進(jìn)，把用該反射鏡面114反射的光的反射方向切換到所希望的方向。
在微型反射鏡元件X1中，包含在單一連接部113中的兩根扭桿113a、113b相互電分離。即扭桿113a、113b相互分隔開，且在它們連接的反射鏡部111和框架112中形成導(dǎo)電路徑，使得在扭桿113a、113b間不短路。因此，在微型反射鏡元件X1中，能夠從框架112對反射鏡部111傳遞多個(gè)電位。能對反射鏡部111同時(shí)賦予多個(gè)電位。因而，微型反射鏡元件X1對于在用連接部113規(guī)定的轉(zhuǎn)動軸心A1周圍的反射鏡部111的轉(zhuǎn)動驅(qū)動方式具有很高的自由度，在反射鏡部111中也可以適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)復(fù)雜的動作。
另外，在微型反射鏡元件X1中，通過由足夠細(xì)的扭桿113a、113b構(gòu)成連接部113，可以很好地降低連接部113的扭轉(zhuǎn)阻抗。小的扭轉(zhuǎn)阻抗對高精度地驅(qū)動反射鏡部111是適合的。與此同時(shí)，關(guān)于在連接部113的寬度方向上分隔開的扭桿113a、113b的間隔，相比于框架112的間隔Wf，反射鏡部111的間隔Wm更大。這樣構(gòu)成的連接部113具有小的扭轉(zhuǎn)阻抗，且可以很好地抑制反射鏡部111圍繞其法線N1轉(zhuǎn)動。
為了驅(qū)動微型反射鏡元件X1的反射鏡部111，也可以利用電磁線圈或永久磁鐵產(chǎn)生的電磁力代替平板電極產(chǎn)生的靜電力。具體而言，用電磁線圈置換反射鏡部111的電極115a、115b，用電磁線圈或永久磁鐵置換底座基板的電極121a、121b?；蛘哂糜谰么盆F置換反射鏡部111的電極115a、115b，用電磁線圈置換底座基板的電極121a、121b。在這樣的結(jié)構(gòu)中，可以通過調(diào)節(jié)對電磁線圈的通電狀態(tài)，驅(qū)動反射鏡部111。
圖6和圖7表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的微型反射鏡元件X2。微型反射鏡元件X2具有反射鏡部211、包圍該反射鏡部211的框架212、連接該框架212和反射鏡部211的一對連接部213。微型反射鏡元件X2用MEMS技術(shù)等主體微機(jī)械加工技術(shù)在具有多層結(jié)構(gòu)的材料基板上成形。材料基板具有通過摻雜P和As等n型雜質(zhì)和B等p型雜質(zhì)而賦予導(dǎo)電性的第一硅層210a、第二硅層210b和第三硅層210c、及由硅層間的第一絕緣層210d和第二絕緣層210e構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。該疊層結(jié)構(gòu)清楚地示于圖8和圖9中。第一硅層210a的厚度例如為10μm，第二硅層210b和第三硅層210c的厚度例如為100μm。第一絕緣層210d和第二絕緣層210e例如在第一～第三硅層210a～210c的任一表面上，由用熱氧化法成長形成的氧化硅構(gòu)成，具有1μm的厚度。另外，材料基板在微型反射鏡元件X2的形成過程中適當(dāng)?shù)乇欢鄬踊?br> 在微型反射鏡元件X2的形成中，具體而言，對應(yīng)于材料基板的疊層結(jié)構(gòu)的方式，適合使用覆蓋與反射鏡部211對應(yīng)的部位的蝕刻掩膜、覆蓋與框架212對應(yīng)的部位的蝕刻掩膜及覆蓋與一對連接部213對應(yīng)的部位的蝕刻掩膜，通過DeepRIE法的Si蝕刻和KOH等濕式Si蝕刻等方法加工各硅層。在絕緣層的不要部位被適當(dāng)?shù)奈g刻除去。結(jié)果在微型反射鏡元件X2上就會形成反射鏡部211、框架212和一對連接部213。本實(shí)施方式中，反射鏡部211和框架212間的間隔距離例如為10～200μm。
反射鏡部211如圖7所示，具有上層部211a和下層部211b、211c。上層部211a來源于第一硅層210a，下層部211b、211c來源于第二硅層210b。在上層部211a和下層部211b、211c之間夾著第一絕緣層210d。在圖7中，第一絕緣層210d是在來源于微型反射鏡元件X2的第二硅層210b的部位之上賦予網(wǎng)狀線而被描繪。
反射鏡部211的上層部211a上設(shè)有光反射用的反射鏡面214。反射鏡面214蒸鍍金屬膜等而形成。下層部211b、211c分別具有梳齒電極215a、215b。梳齒電極215a、215b分別是中間層部211b、211c的一部分，來源于第二硅層210b。
框架212如圖7所示，具有上層部212a、212b、中間層部212c、212d、和下層部212e、212f。上層部212a、212b來源于第一硅層210a，中間層部212c、212d來源于第二硅層210b，下層部212e、212f來源于第三硅層210c。上層部212a、212b和中間層部212c、212d之間如圖7到圖9所示，夾著第一絕緣層210d。在中間層部212c、212d和下層部212e、212f之間夾著第二絕緣層210e。在圖7中，第二絕緣層210e是在微型反射鏡元件X2的來源于第三硅層210c的部位之上賦予網(wǎng)狀線而被描繪。
框架212的下層部212e、212f分別具有梳齒電極216a、216b。梳齒電極電極216a、216b分別是下層部212e、212f的一部分，來源于第三硅層210c。
在框架212中，上層部212a和中間層部212c如圖8所示，通過貫通第一絕緣層210d的兩個(gè)插塞217電連接。插塞217例如由多晶硅構(gòu)成，埋入于上層部212a和中間層部212c之間而形成。另外上層部212b和中間層部212d如圖9所示，通過貫通第一絕緣層210d的兩個(gè)插塞218電連接。插塞212h例如由多晶硅構(gòu)成，埋入于上層部212b和中間層部212d之間而形成。
各連接部213連接反射鏡部211和框架212。微型反射鏡元件X2作為用一對連接部213規(guī)定可動部、即反射鏡部211的轉(zhuǎn)動軸心A2的一軸型而構(gòu)成。本實(shí)施方式中各連接部213由相互分隔開的兩根扭桿213a、213b構(gòu)成。
扭桿213a來源于第二硅層210b，形成比第二硅層210b更薄的厚度，反射鏡部211的下層部211b和框架212的中間層部212c為一體。另外，扭桿213b來源于第二硅層210b，形成比第二硅層210b更薄的厚度，反射鏡部211的下層部211c和框架212的中間層部212d為一體。
用兩根扭桿213a、213b規(guī)定連接部213的寬度(在圖6中的Y方向的尺寸)。兩根扭桿213a、213b的間隔越靠近反射鏡部211越大，越靠近框架212越慢慢變小。具體而言，關(guān)于微型反射鏡元件X1的扭桿113a、113b與上面所述相同。
在這樣構(gòu)成的微型反射鏡元件X2中，若賦予框架212的上層部212a規(guī)定的電位，就可以通過插塞217、中間層部212c、扭桿213a和反射鏡部211的中間層部211b把該電位傳遞給梳齒電極215a。另外，若賦予框架212的上層部212b規(guī)定的電位，就可以通過插塞218、中間層部212d、扭桿213b和反射鏡部211的中間層部211c把該電位傳遞給梳齒電極215b。
在賦予反射鏡部211的電極215a規(guī)定的電位的狀態(tài)下，若賦予框架212的下層部212e或者梳齒電極216a規(guī)定的電位，在梳齒電極215a和梳齒電極216a之間就會產(chǎn)生靜電引力或靜電斥力。另外，在賦予反射鏡部211的梳齒電極215b規(guī)定的電位的狀態(tài)下，若賦予框架212的下層部212f或者梳齒電極216b規(guī)定的電位，在梳齒電極215b和梳齒電極216b之間就會產(chǎn)生靜電引力或靜電斥力。通過這些靜電力的合力，反射鏡部211邊扭轉(zhuǎn)一對連接部213，邊圍繞轉(zhuǎn)動軸心A2擺動。
在微型反射鏡元件X2中，用這樣的驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動反射鏡部211、即可動部，可以使反射鏡面214朝向所希望的方向。因而，根據(jù)微型反射鏡元件X2，能夠朝向反射鏡面214前進(jìn)，把用該反射鏡面214反射的光的反射方向切換到所希望的方向。
在微型反射鏡元件X2中，包含在單一連接部213中的兩根扭桿213a、213b相互電分離。即扭桿213a、213b相互分隔開，且在它們連接的反射鏡部211和框架212中形成導(dǎo)電路徑，使得扭桿213a、213b間不短路。因此，在微型反射鏡元件X2中，能夠從框架212對反射鏡部211傳遞多個(gè)電位，能夠?qū)Ψ瓷溏R部211同時(shí)賦予多個(gè)電位。因而，微型反射鏡元件X2對于在用連接部213規(guī)定的轉(zhuǎn)動軸心A2周圍的反射鏡部211的轉(zhuǎn)動驅(qū)動的方式具有很高的自由度，在反射鏡部211中也可以適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)復(fù)雜的動作。
微型反射鏡元件X2的連接部213，與上述有關(guān)微型反射鏡元件X1的連接部113的情況一樣，具有小的扭轉(zhuǎn)阻抗，且可以很好地抑制反射鏡部211圍繞其法線N2轉(zhuǎn)動。
微型反射鏡元件X2為了驅(qū)動反射鏡部211、即可動部，具有一對梳齒電極215a、216a以及一對梳齒電極215b、216b。根據(jù)梳齒電極機(jī)構(gòu)，對于在電極間產(chǎn)生的靜電力的作用方向，可以設(shè)定為相對于反射鏡部211的轉(zhuǎn)動方向大致垂直，故在驅(qū)動反射鏡部211時(shí)不存在引入電壓(靜電力急劇變大的閾電壓)，結(jié)果對于反射鏡部211能夠適當(dāng)?shù)剡_(dá)成大的傾斜角。這樣，梳齒電極對高精度地驅(qū)動可動部是適合的。
圖10和圖11表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的微型反射鏡元件X3。微型反射鏡元件X3具有反射鏡部310、包圍其的內(nèi)框架320、包圍內(nèi)框架320的外框架330、連接反射鏡部310和內(nèi)框架320的一對連接部340、連接內(nèi)框架320和外框架330的一對連接部350、360。一對連接部340規(guī)定相對于內(nèi)框架320的反射鏡部310轉(zhuǎn)動動作的轉(zhuǎn)動軸心A3。連接部350、360規(guī)定相對于外框架330的內(nèi)框架320及伴隨于其的反射鏡部310的轉(zhuǎn)動動作的轉(zhuǎn)動軸心A4。在本實(shí)施方式中轉(zhuǎn)動軸心A3和轉(zhuǎn)動軸心A4垂直。
微型反射鏡元件X3用MEMS技術(shù)等主體微機(jī)械加工技術(shù)，在具有多層結(jié)構(gòu)的材料基板上成形。材料基板具有由通過摻雜P和As等n型雜質(zhì)和B等p型雜質(zhì)而被賦予導(dǎo)電性的第一硅層301、第二硅層302和第三硅層303、以及硅層間的第一絕緣層304和第二絕緣層305構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。該疊層結(jié)構(gòu)清楚地示于圖12到圖16中。第一硅層301和第三硅層303的厚度例如為100μm，第二硅層302的厚度例如為5μm。第一絕緣層304和第二絕緣層305在第一～第三硅層301～303的任一表面上，由用熱氧化法成長形成的氧化硅構(gòu)成，例如具有1μm的厚度。另外，材料基板在微型反射鏡元件X3的形成過程中適當(dāng)?shù)乇欢鄬踊?br> 在微型反射鏡元件X3的形成中，具體而言，對應(yīng)于材料基板的疊層方式，適合使用覆蓋與反射鏡部310對應(yīng)的部位的蝕刻掩膜、覆蓋與內(nèi)框架320對應(yīng)的部位的蝕刻掩膜、覆蓋與外框架330對應(yīng)的部位的蝕刻掩膜以及覆蓋與連接部340、350、360對應(yīng)的部位的蝕刻掩膜，用DeepRIE法的Si蝕刻和KOH等濕式Si蝕刻等的方法加工各硅層。第一絕緣層304和第二絕緣層305的不要的部位被適當(dāng)?shù)奈g刻除去。結(jié)果在微型反射鏡元件X3中就會形成反射鏡部310、內(nèi)框架320、外框架330和連接部340、350、360。本實(shí)施方式中，反射鏡部310和內(nèi)框架320間的間隔距離以及內(nèi)框架310和外框架320間的間隔距離例如為10～200μm。
反射鏡部310如圖11所示，具有上層部311和四個(gè)下層部312。圖11是微型反射鏡元件X3的分解平面圖。在圖11中，根據(jù)圖明確化的觀點(diǎn)，來源于第二硅層302的結(jié)構(gòu)與來源于第一硅層301的結(jié)構(gòu)(用虛線表示)一起表示。上層部311來源于第一硅層301，下層部312來源于第二硅層302。在上層部311和各下層部312之間，如圖11和圖12所表明的那樣，夾著第一絕緣層304。在圖11中，第一絕緣層304是在微型反射鏡元件X3的來源于第二硅層302的部位上賦予網(wǎng)狀線而被描繪。
反射鏡部310的上層部311上設(shè)有光反射用的反射鏡面313。反射鏡面313蒸鍍金屬膜等而形成。上層部311在與其相對向的端部具有梳齒電極311a和梳齒電極311b。梳齒電極311a、311b是上層部311的一部分，來源于第一硅層301。
在反射鏡部310中，上層部311和各下層部312如圖12所示，通過貫通第一絕緣層304的插塞310a而電連接。插塞310a例如由多晶硅構(gòu)成，埋入于上層部311和下層部312之間而形成。
內(nèi)框架320如圖11所示，具有上層部321、四個(gè)中間層部322、中間層部323a、323b、324a、324b和下層部325、326。上層部321來源于第一硅層301，中間層部322、323a、323b、324a、324b來源于第二硅層302，下層部325、326來源于第三硅層303。上層部321和各中間層部322、323a、323b、324a、324b之間分別如圖11～圖16所示，夾著第一絕緣層304。在各中間層部323a、323b、324a、324b和下層部325、326之間夾著第二絕緣層305。在圖11中，第二絕緣層305是在微型反射鏡元件X3的來源于第三硅層303的部位上賦予網(wǎng)狀線而被描繪。
內(nèi)框架320的上層部321具有梳齒電極321a、321b。梳齒電極321a、321b是上層部321的一部分，來源于第一硅層301。下層部325、326分別具有梳齒電極325a、326a。梳齒電極325a、326a分別是下層部325、326的一部分，來源于第三硅層303。梳齒電極325a、326a分別位于反射鏡部310的梳齒電極311a、311b的下方，以在反射鏡部310轉(zhuǎn)動動作時(shí)不與梳齒電極311a、312a接觸的形式配置，從而與這些之間齒的位置錯(cuò)開。
在內(nèi)框架320中，上層部321和各中間層部322如圖12所示，通過貫通第一絕緣層304、埋入于上層部321和中間層部322之間而形成的插塞320a電連接。同樣，上層部321和中間層部323a如圖13所示，用插塞320b電連接。同樣，上層部321和中間層部324a如圖14所示，用插塞320c電連接。中間層部323b和下層部325如圖15所示，用貫通第二絕緣層305、埋入于中間層部323b和下層部325之間而形成的插塞320d電連接。同樣，中間層部324b和下層部326如圖16所示，用插塞320e電連接。插塞320a～320e例如由多晶硅構(gòu)成。對于插塞320a～320c，代替從圖12到圖14所示的形式，也能以圖17a和圖17b所示的任一形式形成。在圖17a中，另外使用插塞材料而形成的插塞(全黑)貫通第一硅層301。在圖17b中，不另外使用插塞材料，通過用第一硅層301的材料填塞設(shè)置在第一絕緣層304上的孔部，形成埋入于第一硅層301和第二硅層302間而形成的插塞，電連接第一硅層301和第二硅層302。
外框架330如圖11所示，具有上層部331、中間層部332a、332b、333a、333b和下層部334～338。上層部331來源于第一硅層301，中間層部332a、332b、333a、333b來源于第二硅層302，下層部334～338來源于第三硅層303。上層部331和各中間層部332a、332b、333a、333b之間如圖11～圖16所示，夾著第一絕緣層304。在各中間層部332a、332b、333a、333b和下層部334～338之間夾著第二絕緣層305。
外框架330的下層部335、337分別具有梳齒電極335a、337a。梳齒電極335a、337a分別是下層部335、337的一部分，來源于第三硅層303。梳齒電極335a、337a分別位于內(nèi)框架320的梳齒電極321a、321b的下方，以在內(nèi)框架320轉(zhuǎn)動動作時(shí)不與梳齒電極321a、321b接觸的形式配置，從而與這些之間齒的位置錯(cuò)開。
在外框架330中，上層部331和各中間層部332a如圖13所示，用貫通第一絕緣層304、埋入于上層部331和中間層部332a之間而形成的插塞330a電連接。同樣，上層部331和中間層部333a如圖14所示，用貫通第一絕緣層304的插塞330b電連接。另外，中間層部332b和下層部336如圖15所示，用貫通第二絕緣層305、埋入中間層部332b和下層部336之間而形成的插塞330c電連接。同樣，中間層部333b和下層部338如圖16所示，用插塞330d電連接。插塞330a～330d例如由多晶硅構(gòu)成。對于插塞320d、320e也能以圖17c～圖17e所述的任一形式代替從圖12到圖14的形式而形成。在圖17c中，另外使用插塞材料而形成的插塞(全黑)貫通第三硅層303。在圖17d中，不另外使用插塞材料，通過用第二硅層302的材料填塞設(shè)置在第二絕緣層305上的孔部，形成埋入于第二硅層302和第三硅層303間而形成的插塞，電連接第二硅層302和第二硅層303。另外，在圖17e中，不另外使用插塞材料，通過在第二絕緣層305上設(shè)缺口部的基礎(chǔ)上，在第二絕緣層35上疊層形成第二硅層302，形成電連接第二硅層302和第三硅層303間的插塞。
各連接部340連接反射鏡部310和內(nèi)框架320。本實(shí)施方式中，各連接部340由相互分隔開的兩根扭桿341構(gòu)成。
扭桿341來源于第二硅層302，如圖11和圖12所示，反射鏡部310的下層部312和內(nèi)框架320的中間層部322為一體。用兩根扭桿341規(guī)定連接部340的寬度，兩根扭桿341的間隔越靠近反射鏡部310越大，越靠近框架320越慢慢變小。具體而言，關(guān)于微型反射鏡元件X1的扭桿113a、113b與上述一樣。
各連接部350連接內(nèi)框架320和外框架330。本實(shí)施方式中各連接部350由相互分隔開的兩根扭桿351、352構(gòu)成。扭桿351來源于第二硅層302，如圖11和圖13所示，內(nèi)框架320的中間層部323a和外框架330的中間層部332a為一體。另外，扭桿352來源于第二硅層302，如圖11和圖15所示，內(nèi)框架320的的中間層部323b和外框架330的中間層部332b為一體。
用兩根扭桿351、352規(guī)定連接部350的寬度。兩根扭桿351、352的間隔越靠近內(nèi)框架320越大，越靠近外框架330越慢慢變小。具體而言，關(guān)于微型反射鏡元件X1的扭桿113a、113b與上述一樣。
各連接部360連接內(nèi)框架320和外框架330。本實(shí)施方式中各連接部360由相互分隔開的兩根扭桿361、362構(gòu)成。扭桿361來源于第二硅層302，如圖11和圖14所示，內(nèi)框架320的中間層部324a和外框架330的中間層部333a為一體。另外，扭桿362來源于第二硅層302，如圖11和圖16所示，內(nèi)框架320的的中間層部324b和外框架330的中間層部333b為一體。
用兩根扭桿361、362規(guī)定連接部360的寬度。兩根扭桿361、362的間隔越靠近內(nèi)框架320越大，越靠近外框架330越慢慢變小。具體而言，關(guān)于微型反射鏡元件X1的扭桿113a、113b與上述相同。
在這樣構(gòu)成的微型反射鏡元件X3中，若賦予外框架330的上層部331規(guī)定的電位，就可以通過圖13所示的插塞330a、外框架330的中間層部332a、扭桿351、內(nèi)框架320的中間層部323a和插塞320b、以及通過圖14所示的插塞330b、外框架330的中間層部332a、扭桿361、內(nèi)框架320的中間層部324a和插塞320c，把該電位傳遞給內(nèi)框架320的上層部321乃至梳齒電極321a、321b。進(jìn)而，該電位如圖12所示，通過與上層部321連接的各插塞320a、與其連接的扭桿341、反射鏡部310的下層部312及插塞310a而傳遞給反射鏡部310的上層部311乃至梳齒電極311a、311b。因而，若賦予外框架330的上層部331規(guī)定的電位，該電位就可以傳遞給梳齒電極311a、311b及梳齒電極311a、311b。
若賦予外框架330的下層部336規(guī)定的電位，就可以通過圖15所示的插塞330c、外框架330的中間層部332b、扭桿352、內(nèi)框架320的中間層部323b和插塞320d，把該電位傳遞給內(nèi)框架320的下層部325乃至梳齒電極325a。同樣，若賦予外框架330的下層部338規(guī)定的電位，通過圖16所示的插塞330d、外框架330的中間層部333b、扭桿362、內(nèi)框架320的中間層部324b和插塞320e，該電位被傳遞給內(nèi)框架320的下層部326乃至梳齒電極326a。
在賦予反射鏡部310的梳齒電極311a規(guī)定的電位的狀態(tài)下，若賦予內(nèi)框架320的梳齒電極325a規(guī)定的電位，就會在梳齒電極311a和梳齒電極325a之間產(chǎn)生靜電引力或靜電斥力。而在賦予反射鏡部310的梳齒電極311b規(guī)定的電位的狀態(tài)下，若賦予內(nèi)框架320的梳齒電極326a規(guī)定的電位，就會在梳齒電極311b和梳齒電極326a之間產(chǎn)生靜電引力或靜電斥力。用這些靜電力或這些靜電力的合力，反射鏡部310邊扭轉(zhuǎn)一對連接部340，邊圍繞轉(zhuǎn)動軸心A3擺動。
另一方面，在賦予內(nèi)框架320的梳齒電極321a規(guī)定的電位的狀態(tài)下，若賦予外框架330的下層部335乃至梳齒電極335a規(guī)定的電位，就會在梳齒電極321a和梳齒電極335a之間產(chǎn)生靜電引力或靜電斥力。而在賦予內(nèi)框架320的梳齒電極321b規(guī)定的電位的狀態(tài)下，若賦予外框架330的下層部337乃至梳齒電極337a規(guī)定的電位，就會在梳齒電極321b和梳齒電極337a之間產(chǎn)生靜電引力或靜電斥力。用這些靜電力或這些靜電力的合力，內(nèi)框架320伴隨著反射鏡部310使一對連接部350、360扭轉(zhuǎn)的同時(shí)，圍繞轉(zhuǎn)動軸心A4擺動。
在微型反射鏡元件X3中，用這樣的驅(qū)動裝置驅(qū)動包含反射鏡部310和內(nèi)框架320的可動部，可以使反射鏡部310的反射鏡面313朝向所希望的方向。因而，根據(jù)微型反射鏡元件X3，可以朝向反射鏡面313前進(jìn)，把用該反射鏡面313反射的光的反射方向切換到所希望的方向。
在微型反射鏡元件X3中，包含在連接部350中的兩根扭桿351、352互相電分離。即扭桿351、352相互分隔開，且在連接它們的內(nèi)框架320和外框架330中形成導(dǎo)電路徑，使得扭桿351、352間不短路。與此同時(shí)，包含在連接部360中的兩根扭桿361、362互相電分離。即扭桿351、352相互分隔開，且在它們連接的內(nèi)框架320和外框架330上形成導(dǎo)電路徑，使得扭桿361、362間不短路。因此，在微型反射鏡元件X3中，從外框架320可以對可動部傳遞多個(gè)電位，可以對可動部同時(shí)賦予多個(gè)電位。因而，微型反射鏡元件X3對于包含反射鏡部310和內(nèi)框架320的可動部的驅(qū)動方式具有很高的自由度?？梢栽诳蓜硬恐羞m當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)復(fù)雜的動作。結(jié)果微型反射鏡元件X3可以作為兩軸型微型反射鏡元件適當(dāng)?shù)匕l(fā)揮機(jī)能。
微型反射鏡元件X3的連接部340，關(guān)于微型反射鏡元件X1的連接部113與上述相同，具有小的扭轉(zhuǎn)阻抗且可以很好地抑制反射鏡部310圍繞其法線N3轉(zhuǎn)動。同樣，連接部350、360具有小的扭轉(zhuǎn)阻抗且可以很好地抑制內(nèi)框架部320進(jìn)而反射鏡部310圍繞其法線N3轉(zhuǎn)動。
另外，微型反射鏡元件X3為了驅(qū)動反射鏡部310，具有一對梳齒電極311a、325a和一對梳齒電極311b、326a。與此同時(shí)，微型反射鏡元件X3為了驅(qū)動內(nèi)框架320，具有一對梳齒電極321a、335a和一對梳齒電極321b、336a。梳齒電極機(jī)構(gòu)關(guān)于微型反射鏡元件X2與上述相同，對于高精度地驅(qū)動可動部是適合的。
權(quán)利要求
1.一種微型可動元件，其特征在于，具有在材料基板上一體成形的可動部、框架、和連接可動部與框架的連接部，所述材料基板具有由含有中心導(dǎo)體層的多個(gè)導(dǎo)體層和夾在導(dǎo)體層間的絕緣層構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)，所述可動部包含來源于所述中心導(dǎo)體層的第一結(jié)構(gòu)體，所述框架包含來源于所述中心導(dǎo)體層的第二結(jié)構(gòu)體，所述連接部包含多個(gè)扭桿，該多個(gè)扭桿來源于所述中心導(dǎo)體層，相對于所述第一結(jié)構(gòu)體和所述第二結(jié)構(gòu)體而連續(xù)連接，且相互電分離。
2.如權(quán)利要求1所述的微型可動元件，其特征在于，所述連接部包含在寬度方向上分隔開的兩根扭桿，該兩根扭桿的間隔越靠近所述可動部越大。
3.如權(quán)利要求2所述的微型可動元件，其特征在于，所述框架的所述間隔設(shè)定為Wf，所述可動部的所述間隔設(shè)定為Wm，所述連接部的配設(shè)部位的所述可動部和所述框架的分隔距離設(shè)定為L時(shí)，滿足0＜Wf＜L以及Wf＜Wm＜Wf+4L。
4.如權(quán)利要求1所述的微型可動元件，其特征在于，所述可動部具有可動中心部；通過所述連接部而與所述框架連接的中繼框架；連接該可動中心部和中繼框架的中繼連接部。
5.如權(quán)利要求4所述的微型可動元件，其特征在于，所述可動中心部包含來源于所述中心導(dǎo)體層的第三結(jié)構(gòu)體，所述中繼框架包含所述第一結(jié)構(gòu)體，所述中繼連接部包含多個(gè)扭桿，該多個(gè)扭桿來源于所述中心導(dǎo)體層，相對于所述第三結(jié)構(gòu)體和所述第一結(jié)構(gòu)體而連續(xù)連接，且相互電分離。
6.如權(quán)利要求4所述的微型可動元件，其特征在于，所述中繼連接部包含在寬度方向上分隔開的兩根中繼扭桿，該兩根中繼扭桿的間隔越靠近所述可動中心部越大。
7.如權(quán)利要求1所述的微型可動元件，其特征在于，所述可動部具有第一梳齒電極部，所述框架具有通過使與所述第一梳齒電極部之間產(chǎn)生靜電力而使所述可動部位移用的第二梳齒電極部。
8.如權(quán)利要求4所述的微型可動元件，其特征在于，所述可動中心部具有第一梳齒電極部，所述中繼框架具有通過使與所述第一梳齒電極部之間產(chǎn)生靜電力而使所述可動中心部位移用的第二梳齒電極部。
9.如權(quán)利要求1所述的微型可動元件，其特征在于，還具有面對所述可動部的底座部，在該底座部上設(shè)置有面對所述可動部的平板電極。
10.如權(quán)利要求9所述的微型可動元件，其特征在于，在所述可動部上設(shè)置有面對所述底座部的所述平板電極的平板電極。
11.如權(quán)利要求1所述的微型可動元件，其特征在于，還具有面對所述可動部的底座部，在所述可動部上設(shè)置有第一電磁線圈，在所述底座部上設(shè)置有通過使與所述第一電磁線圈之間產(chǎn)生電磁力而使所述可動部位移用的第二電磁線圈或磁鐵。
12.如權(quán)利要求1所述的微型可動元件，其特征在于，還具有面對所述可動部的底座部，在所述可動部上設(shè)置有磁鐵，在所述底座部上設(shè)置有通過使與所述磁鐵之間產(chǎn)生電磁力而使所述可動部位移用的電磁線圈。
13.如權(quán)利要求1所述的微型可動元件，其特征在于，所述可動部還包含第三結(jié)構(gòu)體，該第三結(jié)構(gòu)體來源于在所述材料基板上通過所述絕緣層而與所述中心導(dǎo)體層接合的導(dǎo)體層，該第三結(jié)構(gòu)體的至少一部分和所述第一結(jié)構(gòu)體的一部分通過貫通夾在它們之間的所述絕緣層的導(dǎo)體插塞而電連接。
14.如權(quán)利要求1所述的微型可動元件，其特征在于，所述框架還包含第三結(jié)構(gòu)體，該第三結(jié)構(gòu)體來源于在所述材料基板上通過所述絕緣層而與所述中心導(dǎo)體層接合的導(dǎo)體層，該第三結(jié)構(gòu)體的至少一部分和所述第二結(jié)構(gòu)體的一部分通過貫通夾在它們之間的所述絕緣層的導(dǎo)體插塞而電連接。
15.如權(quán)利要求1所述的微型可動元件，其特征在于，在所述可動部上設(shè)置有反射鏡部，作為微型反射鏡元件而構(gòu)成。
16.一種微型可動元件，其特征在于，具有在材料基板上一體成形的可動部、框架和連接可動部與框架的連接部，所述材料基板具有由第一導(dǎo)體層、第二導(dǎo)體層、第三導(dǎo)體層、所述第一導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)體層之間的第一絕緣層以及所述第二導(dǎo)體層和所述第三導(dǎo)體層之間的第二絕緣層構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)，所述可動部包含來源于所述第二導(dǎo)體層的第一結(jié)構(gòu)體，所述框架包含來源于所述第二導(dǎo)體層的第二結(jié)構(gòu)體，所述連接部包含多個(gè)扭桿，該多個(gè)扭桿來源于所述第二導(dǎo)體層，相對于所述第一結(jié)構(gòu)體和所述第二結(jié)構(gòu)體而連續(xù)連接，且相互電分離。
17.如權(quán)利要求16所述的微型可動元件，其特征在于，所述可動部還包含來源于第一導(dǎo)體層的第三結(jié)構(gòu)體，該第三結(jié)構(gòu)體的至少一部分和所述第一結(jié)構(gòu)體的一部分通過貫通夾在它們之間的所述第一絕緣層的導(dǎo)體插塞而電連接。
18.如權(quán)利要求16所述的微型可動元件，其特征在于，所述可動部具有可動中心部；通過所述連接部而與所述框架連接的中繼框架；連接該可動中心部和中繼框架的中繼連接部，所述可動中心部包含來源于所述第一導(dǎo)體層的第三結(jié)構(gòu)體和來源于所述第二導(dǎo)體層的第四結(jié)構(gòu)體，所述第三結(jié)構(gòu)體的至少一部分和所述第四結(jié)構(gòu)體的至少一部分通過貫通夾在它們之間的所述第一絕緣層的第一導(dǎo)體插塞而電連接，所述中繼框架還包含來源于所述第一導(dǎo)體層的第五結(jié)構(gòu)體；來源于所述第二導(dǎo)體層的所述第一結(jié)構(gòu)體；以及來源于所述第三導(dǎo)體層的第六結(jié)構(gòu)體，所述第五結(jié)構(gòu)體的至少一部分和所述第一結(jié)構(gòu)體的一部分通過貫通夾在它們之間的所述第一絕緣層的第二導(dǎo)體插塞而電連接，所述第一結(jié)構(gòu)體的另外的一部分和所述第六結(jié)構(gòu)體的至少一部分通過貫通夾在它們之間的所述第二絕緣層的第三導(dǎo)體插塞而電連接，所述中繼連接部包含多個(gè)扭桿，該多個(gè)扭桿來源于所述第二導(dǎo)體層，相對于所述第四結(jié)構(gòu)體及所述第一結(jié)構(gòu)體而連續(xù)連接，且相互電分離。
19.如權(quán)利要求16所述的微型可動元件，其特征在于，所述框架還包含來源于所述第一導(dǎo)體層的第三結(jié)構(gòu)體以及來源于所述第三導(dǎo)體層的第四結(jié)構(gòu)體，所述第三結(jié)構(gòu)體的至少一部分和所述第二結(jié)構(gòu)體的一部分通過貫通夾在它們之間的所述第一絕緣層的第一導(dǎo)體插塞而電連接，所述第二結(jié)構(gòu)體的另外的一部分和所述第四結(jié)構(gòu)體的至少一部分通過貫通夾在它們之間的所述第二絕緣層的第二導(dǎo)體插塞而電連接。
20.一種微型可動元件，其特征在于，具有在材料基板上一體成形的可動部、框架和連接可動部與框架的連接部，所述材料基板具有由第一導(dǎo)體層、第二導(dǎo)體層、第三導(dǎo)體層、所述第一導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)體層之間的第一絕緣層以及所述第二導(dǎo)體層和所述第三導(dǎo)體層之間的第二絕緣層構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)，所述可動部包含來源于所述第一導(dǎo)體層的第一結(jié)構(gòu)體；來源于第二導(dǎo)體層的第二結(jié)構(gòu)體；以及來源于所述第三導(dǎo)體層的第三結(jié)構(gòu)體，所述第一結(jié)構(gòu)體的至少一部分和所述第二結(jié)構(gòu)體的第一部分通過貫通夾在它們之間的所述第一絕緣層的第一導(dǎo)體插塞而電連接，所述第二結(jié)構(gòu)體的第二部分和所述第三結(jié)構(gòu)體的至少一部分通過貫通夾在它們之間的所述第二絕緣層的第二導(dǎo)體插塞而電連接，所述框架包含來源于所述第一導(dǎo)體層的第四結(jié)構(gòu)體；來源于第二導(dǎo)體層的第五結(jié)構(gòu)體；以及來源于所述第三導(dǎo)體層的第六結(jié)構(gòu)體，所述第四結(jié)構(gòu)體的至少一部分和所述第五結(jié)構(gòu)體的第一部分通過貫通夾在它們之間的所述第一絕緣層的第三導(dǎo)體插塞而電連接，所述第五結(jié)構(gòu)體的第二部分和所述第六結(jié)構(gòu)體的至少一部分通過貫通夾在它們之間的所述第二絕緣層的第四導(dǎo)體插塞而電連接，所述連接部包含第一扭桿，其來源于所述第二導(dǎo)體層，相對于所述第二結(jié)構(gòu)體的所述第一部分以及所述第五結(jié)構(gòu)體的所述第一部分而連續(xù)連接；第二扭桿，其來源于所述第二導(dǎo)體層，相對于所述第二結(jié)構(gòu)體的所述第二部分以及所述第五結(jié)構(gòu)體的所述第二部分而連續(xù)連接。
全文摘要
一種微型可動元件(X1)，具有在材料基板上一體成形的可動部(111)、框架(112)、和連接可動部與框架的連接部(113)，所述材料基板具有由含有中心導(dǎo)體層(110b)的多個(gè)導(dǎo)體層(110a～110c)和夾在導(dǎo)體層(110a～110c)間的絕緣層(110d、110e)構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)?？蓜硬?111)包含來源于中心導(dǎo)體層(110b)的第一結(jié)構(gòu)體?？蚣?112)包含來源于中心導(dǎo)體層(110b)的第二結(jié)構(gòu)體。連接部(113)包含多個(gè)扭桿(113a、113b)，該多個(gè)扭桿(113a、113b)來源于中心導(dǎo)體層(110b)，相對于第一結(jié)構(gòu)體和第二結(jié)構(gòu)體而連續(xù)連接，且相互電分離。
文檔編號H02N1/00GK1685270SQ0282974
公開日2005年10月19日 申請日期2002年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月10日
發(fā)明者壺井修, 水野義博, 上田知史, 佐脅一平, 奧田久雄, 山岸文雄, 曾根田弘光, 高馬悟覺 申請人:富士通株式會社, 富士通媒體部品株式會社